2. Структура 3.2.1. Атомные структуры
Для понимания наноматериалов надо в первую очередь знать их атомарную структуру,
то есть определить типы атомов, являющихся строительными блоками, и их взаимное
расположение в пространстве. Большинство наноструктур имеет кристаллический
характер, т.е. тысячи составляющих их атомов упорядочены в систему, называемую
кристаллической решеткой. Решетку можно описать, задав положения атомов в
элементар¬ной ячейке, так что всю решетку можно построить путем многократного
повторе¬ния этой элементарной ячейки в пространстве. На рис. 2.1 показаны схемы
эле¬ментарных ячеек для четырех кристаллических систем в двумерном случае.
Существует 17 возможных типов структур, называемых пространственными группами,
что означает наличие 17-ти способов расположения атомов в двумер¬ной
элементарной ячейке. Наиболее важен случай самой плот¬ной упаковки одинаковых
атомов на поверхности, что соответствует гексагональ¬ной системе, показанной на
рис. 2.4а.
В трехмерном случае присутствуют три постоянные решетки а, b, с и три угла между
ними α, β, γ(а между β и с и т.д.). В трех измерениях сущест¬вует семь
кристаллических систем с 230-ю пространственными группами как показано в
столбце 4 Таблицы 3.1. Целью анализа кристаллической структуры является
определение симметрии пространственной группы, постоянных решетки и углов, а
также определение положений атомов в элементарной ячейке.
Таблица 3.1. Кристаллические системы и количество связанных с ними
простран¬ственных групп в двух и трех измерениях*
Размерность Система Параметры Количество
пространственных групп
2 Косоугольная a ≠ b, γ ≠ 90°
(или а = b, γ≠ 90°, 120°)
2
2 Прямоугольная а≠b, γ ≠ 90° 7
2 Квадратная а≠b , γ = 90° 3
2 Гексагональная а≠b ,γ = 90° 5
3 Триклинная а≠b≠c, a≠β≠γ 2
3 Моноклинная а≠b≠c
а=γ = 90° ≠ β 13
3 Орторомбическая а≠b≠c а=β = γ= 90° 59
3 Тетрагональная а=b≠c а=β = γ= 90° 68
3 Тригональная а=b≠c
а=β = γ < 120°≠90°
25
3 Гексагональная а=b≠c α = β = 90°
γ = 120° 27
3 Кубическая а=b≠c
а=β = γ = 90° 36
* Всего существует 17 двумерных и 270 трехмерных групп.
Для нанокристаллов важны определенные частные случаи кристаллических структур,
относящиеся к простой кубической (ПК), объемноцентрированной ку¬бической (ОЦК) и
гранецентрированной кубической (ГЦК) элементарной ячей¬ке, как показано на рис.
2.3. Другое важное структурное упорядочивание образу¬ется при наложении плоских
гексагональных слоев, обеспечивающих наиболь¬шую плотность атомов в моноатомном
слое, или наилучшую послойную упаковку идентичных сфер способами, показанными на
рис. 2.4б. Если третий слой расположен непосредственно над первым, четвертый над
вторым и т.д. в по¬следовательности типа А-Б-А-Б-..., то получается
гексагональная плотноупако- ванная структура (ГПУ).
Некоторые свойства нанообъектов зависят от их кристаллической структуры, в то
время как другие — такие как каталитическая активность и адсорбционные
характеристики — от типа открытой поверхности. Эпитаксиальные пленки ГЦК или ГПУ
кристаллов обычно растут с вышеуказанным двумерным плотноупакованным
расположением атомов.
то есть определить типы атомов, являющихся строительными блоками, и их взаимное
расположение в пространстве. Большинство наноструктур имеет кристаллический
характер, т.е. тысячи составляющих их атомов упорядочены в систему, называемую
кристаллической решеткой. Решетку можно описать, задав положения атомов в
элементар¬ной ячейке, так что всю решетку можно построить путем многократного
повторе¬ния этой элементарной ячейки в пространстве. На рис. 2.1 показаны схемы
эле¬ментарных ячеек для четырех кристаллических систем в двумерном случае.
Существует 17 возможных типов структур, называемых пространственными группами,
что означает наличие 17-ти способов расположения атомов в двумер¬ной
элементарной ячейке. Наиболее важен случай самой плот¬ной упаковки одинаковых
атомов на поверхности, что соответствует гексагональ¬ной системе, показанной на
рис. 2.4а.
В трехмерном случае присутствуют три постоянные решетки а, b, с и три угла между
ними α, β, γ(а между β и с и т.д.). В трех измерениях сущест¬вует семь
кристаллических систем с 230-ю пространственными группами как показано в
столбце 4 Таблицы 3.1. Целью анализа кристаллической структуры является
определение симметрии пространственной группы, постоянных решетки и углов, а
также определение положений атомов в элементарной ячейке.
Таблица 3.1. Кристаллические системы и количество связанных с ними
простран¬ственных групп в двух и трех измерениях*
Размерность Система Параметры Количество
пространственных групп
2 Косоугольная a ≠ b, γ ≠ 90°
(или а = b, γ≠ 90°, 120°)
2
2 Прямоугольная а≠b, γ ≠ 90° 7
2 Квадратная а≠b , γ = 90° 3
2 Гексагональная а≠b ,γ = 90° 5
3 Триклинная а≠b≠c, a≠β≠γ 2
3 Моноклинная а≠b≠c
а=γ = 90° ≠ β 13
3 Орторомбическая а≠b≠c а=β = γ= 90° 59
3 Тетрагональная а=b≠c а=β = γ= 90° 68
3 Тригональная а=b≠c
а=β = γ < 120°≠90°
25
3 Гексагональная а=b≠c α = β = 90°
γ = 120° 27
3 Кубическая а=b≠c
а=β = γ = 90° 36
* Всего существует 17 двумерных и 270 трехмерных групп.
Для нанокристаллов важны определенные частные случаи кристаллических структур,
относящиеся к простой кубической (ПК), объемноцентрированной ку¬бической (ОЦК) и
гранецентрированной кубической (ГЦК) элементарной ячей¬ке, как показано на рис.
2.3. Другое важное структурное упорядочивание образу¬ется при наложении плоских
гексагональных слоев, обеспечивающих наиболь¬шую плотность атомов в моноатомном
слое, или наилучшую послойную упаковку идентичных сфер способами, показанными на
рис. 2.4б. Если третий слой расположен непосредственно над первым, четвертый над
вторым и т.д. в по¬следовательности типа А-Б-А-Б-..., то получается
гексагональная плотноупако- ванная структура (ГПУ).
Некоторые свойства нанообъектов зависят от их кристаллической структуры, в то
время как другие — такие как каталитическая активность и адсорбционные
характеристики — от типа открытой поверхности. Эпитаксиальные пленки ГЦК или ГПУ
кристаллов обычно растут с вышеуказанным двумерным плотноупакованным
расположением атомов.